Kwantitatieve beoordeling van trainingseffecten met behulp van EKSOGT-exoskelet bij kwantitatieve beoordeling van trainingseffecten met behulp van EKSOGT-exoskelet bij patiënten met de ziekte van Parkinson (Ekso_PD)

Volledige titel: KWANTITATIEVE BEOORDELING VAN TRAININGSEFFECTEN MET GEBRUIK VAN EEN DRAAGBAAR EXOSKELETON BIJ PATIËNTEN MET DE ZIEKTE VAN PARKINSON

ONDERZOEKSPLAN

Specifieke doelen

Het vermogen om zelfstandig te lopen is een primair doel bij het revalideren van een persoon met de ziekte van Parkinson (PD). PD-patiënten vertonen inderdaad een gebogen houding die in combinatie met een overmatige gewrichtsstijfheid leidt tot een slecht loopmechanisme dat hun risico op vallen vergroot. Hoewel studies al de vele voordelen hebben aangetoond van looptraining met robotondersteuning bij PD-patiënten, is onderzoek gericht op optimale revalidatiemethoden gericht op het aangedreven exoskelet van de onderste ledematen. Door de voordelen van de geaarde apparaten te combineren met de mogelijkheid om te trainen in een reële omgeving, bieden deze systemen een grotere mate van deelname van proefpersonen en vergroten ze de functionele vaardigheden van proefpersonen, terwijl het draagbare robotsysteem minder ondersteuning garandeert. Het doel van het voorgestelde werk is het evalueren van de effecten van een Over-ground Wearable Exoskeleton Training (OWET) op loopstoornissen in vergelijking met een multidisciplinaire intensieve revalidatiebehandeling. Aangezien lopen een complexe taak is waarbij zowel het centrale (CZS) als het perifere zenuwstelsel (PNS) betrokken zijn, moet gerichte revalidatie niet alleen het loopmechanisme (ST-parameters) herstellen, maar ook het fysiologische looppatroon (gewrichtskinematica en dynamiek). Hiertoe zal de impact van OWET op zowel het CZS als het PZS worden geëvalueerd. Menselijke bewegingsanalyse beoordeelt kwantitatief de neuromusculaire en biomechanische kenmerken van beweging. Recente literatuur heeft het voordeel benadrukt van het koppelen van ganganalyse (GA) en neuromusculoskeletale modellering (NMSM) voor behandelplanning en het aanvullen van deze aanpak met robotrevalidatie. Een ander belangrijk onderdeel van PD-onderzoek is elektro-encefalografie (EEG), dat veel wordt gebruikt om executieve disfunctie te evalueren, terwijl functionele magnetische resonantiebeeldvorming (fMRI) corticale veranderingen in motorische activeringen tijdens motorische taken kan detecteren. Daarom wordt een kwantitatieve beoordeling van het looppatroon en de neuromusculaire functie van een individu voorgesteld om het herstel van de veranderde sensomotorische functie op zowel het PZS als het CZS robuust te evalueren. Hiertoe zullen uitgebreide GA (spatiotemporele (ST) parameter, gewrichtskinematica, gewrichtsstijfheid) en elektromyografie (EMG) worden gecombineerd om PZS-verbeteringen te bepalen, en fMRI met EEG zal worden gebruikt om CZS-verbeteringen te beoordelen. Aangezien beroepsbeoefenaren in de gezondheidszorg en onderzoekers objectieve, betrouwbare en valide hulpmiddelen nodig hebben om vakspecifieke interventies te plannen, therapeutische resultaten te kwantificeren en veranderingen in de loop van de tijd te volgen, omvat de voorgestelde studie een schatting van neutraal geïnformeerde spierkrachten en gewrichtsstijfheid, die naar verwachting zal toenemen. gevoelige determinanten van PD-bewegingscontrole bieden die cruciaal kunnen zijn voor het plannen / beoordelen van de behandeling. Voorlopige gegevens zijn beschikbaar en toonden de haalbaarheid van de voorgestelde meetopstelling aan.

Achtergrond OWET: Hoewel studies al de vele voordelen hebben aangetoond van looptraining met robotondersteuning bij PD-patiënten (d.w.z. loopbandtraining met ondersteuning van het lichaamsgewicht) omdat ze de loopefficiëntie verbeteren door spatiotemporele (ST) parameters aan te passen, creëren deze strategieën een omgeving waarin de patiënt minder controle heeft over het begin van het lopen en een gebrek aan variabiliteit van de visueel-ruimtelijke stroom. Daarom is onderzoek gericht op optimale revalidatiemethoden gericht op aangedreven exoskelet van de onderste ledematen, zoals bij revalidatie na een beroerte, waar het effect van een dergelijke behandeling het potentieel voor patiëntspecifieke revalidatie dramatisch verhoogde, wat een verbetering van ST-parameters aantoont. Door de voordelen van de geaarde robotapparaten te combineren met de mogelijkheid om de patiënt in een reële omgeving te trainen, bieden deze systemen een grotere mate van participatie van de proefpersoon om de controle over de romp en het evenwicht te behouden, evenals om hun pad over verschillende oppervlakken te navigeren en de de functionele mogelijkheden van het onderwerp, terwijl het draagbare robotsysteem minder ondersteuning garandeert. Bovendien maakt de stabiliteit die het exoskelet voor de patiënt uitoefent, een handsfree loopproef (zonder koppelingen) mogelijk, wat een integraal onderdeel vormt van een fysiologisch motorisch herstel.

Aangezien bij het lopen zowel het CZS als het PZS betrokken zijn, moet gerichte revalidatie niet alleen de mechanica (snelheid, pastijd en -lengte) herstellen, maar ook het fysiologische looppatroon. Dit vereist verbeteringen op het niveau van zowel de balans als de beweging van de onderste ledematen. In deze richting bevorderen draagbare door de onderste ledematen aangedreven exoskeletten functionele training in een realistische loopomgeving in combinatie met een grotere betrokkenheid van de patiënt dan bij geaarde apparaten. Menselijke bewegingsanalyse beoordeelt kwantitatief de neuromusculaire en biomechanische kenmerken van beweging. Recente literatuur heeft het voordeel benadrukt van het koppelen van GA en NMSM voor behandelplanning en het aanvullen van deze aanpak met robotrevalidatie. veranderingen als gevolg van therapie.

Neurofysiologie van de ziekte van Parkinson: Een belangrijk onderdeel van het onderzoek naar de ziekte van Parkinson is EEG, dat veel wordt gebruikt om executieve disfunctie te evalueren, terwijl fMRI corticale veranderingen in motorische activaties tijdens motorische taken kan detecteren. Het protocol om GA te gebruiken in combinatie met fMRI is al door de onderzoekers overgenomen om de impact van het revalidatieproces op de reorganisatie van het neurale netwerk weer te geven, de neurale activiteit en het herstel na de behandeling te beschrijven en te kwantificeren.

Bewegingsanalyse bij PD: Het looppatroon van mensen met de ziekte van Parkinson is de afgelopen jaren grondig bestudeerd met 3D GA-systemen, waarbij een typische hypokinetische gangvermindering van de paslengte met asymmetrie tussen de passen, een toename van de cadans, de stand en dubbele ondersteuning wordt gedocumenteerd fasen, wat de verminderde paslengte compenseert.

NMSM: Door GA en NMSM te combineren, kan men de voortgang van de ziekte nauwkeuriger volgen. Dit is aangetoond bij een reeks neuromusculaire pathologieën en bij gezonde individuen. Cruciaal is dat voor elk individu een neuromusculoskeletaal model wordt gemaakt, aangedreven door de eigen EMG-signalen van het individu en het volgen van hun biomechanica, zoals recentelijk is toegepast bij personen met een neurologische stoornis. Dit creëert een nieuw model dat in vivo neuromusculaire functies koppelt aan het individu, waardoor nieuwe biomarkers worden geboden om PD-motorische stoornissen te beoordelen en te volgen. Bovendien, aangezien gewrichtsstijfheid zowel afhangt van neurale rekrutering als mechanische eigenschappen, is het waarschijnlijk een krachtige weergave van neurale en musculoskeletale PD-stoornissen.

Betekenis en potentiële impact Dit project richt zich op het potentieel van OWET om het normale gangpatroon van PD-patiënten te herstellen. OWET heeft tot doel de algehele lichaamsbeweging te verbeteren en de gewrichtsstijfheid te verminderen bij mensen met de ziekte van Parkinson, waardoor de functie, de kwaliteit van leven wordt verbeterd en het risico op letsel door vallen wordt verminderd. Het voorgestelde robotapparaat (Ekso GT™, EksoBionics, Richmond, CA, VS) vertrouwt op functies door passieve hulp te bieden aan het enkelgewricht, dat de rest van het lichaam beïnvloedt door middel van mechanische koppeling. Momenteel wordt de hoeveelheid apparaathulp geschat op basis van de ervaring en expertise van een therapeut. Moderne bewegingsanalysemethoden stellen ons in staat om objectief de vereiste assistentie te beoordelen, wat een middel biedt om de assistentie op elk individu af te stemmen en de risico's van klinisch giswerk weg te nemen. Robotica helpen de fysiotherapeut door taakspecifieke herhaalbare mechanische actie te bieden om therapieën te ondersteunen en een hogere trainingsintensiteit mogelijk te maken. OWET heeft tot doel de gewrichtsstijfheid van de onderste ledematen te verminderen, wat een erkende biomarker van PD is, waardoor de revalidatie voor PD-patiënten wordt verbeterd.

Bevindingen in verband met de voorgestelde studie zullen waarschijnlijk substantiële oplossingen bieden voor het beheer van loop- en houdingsstoornissen (houding, evenwicht en gang) bij PD waar geldige interventies (farmacologische, neurochirurgie, traditionele fysiotherapie) ontbreken. Bovendien kan een NMSM die patiëntspecifieke variabelen voor therapie identificeert, worden gebruikt om de behandelresultaten te beoordelen, maar ook om online revalidatietherapie uit te voeren door middel van afstandsbediening van het hulpmiddel. Dit biedt een aantal voordelen ten opzichte van conventionele benaderingen die een actieve behandeling voorstellen die gepersonaliseerd en schaalbaar is voor grote populaties, inclusief een gestandaardiseerde trainingsomgeving en een aanpasbare ondersteuning die de mogelijkheid heeft om de behandelingsintensiteit en -dosis te verhogen, zonder de therapeuten te belasten. . OWET is dus een ideaal middel om conventionele therapie in de kliniek te voltooien, terwijl revalidatierobots het potentieel hebben voor voortgezette thuistherapie met behulp van eenvoudigere apparaten.

Onderzoeksopzet Het onderzoek zal gedurende 36 maanden worden uitgevoerd. Patiënten met een klinisch vastgestelde diagnose van PD volgens de diagnostische criteria van de UK Parkinson's Disease Society Brain Bank zullen worden aangeworven. De diagnose wordt beoordeeld door een neuroloog gespecialiseerd in bewegingsstoornissen. In het kort zullen 50 patiënten met milde tot matige ernst van de ziekte worden ingeschreven volgens de criteria voor insluiting/uitsluiting die zijn opgenomen in het speciale gedeelte hieronder.

De activiteiten zullen worden georganiseerd in 4 werkpakketten (WP), elk met meetbare outputs geverifieerd door geplande deliverables/mijlpalen.

• WP1: Klinische proef. De steekproefomvang is gedefinieerd op basis van gepubliceerde gegevens over de loopsnelheid bij PD-patiënten, en een doelsteekproef van vijftig PD-individuen (verdeeld in twee afzonderlijke cohorten) is geselecteerd om een ​​vermogen van ten minste 80% te bereiken voor het detecteren van gemiddelde groepsverschillen in gemiddelde loopsnelheid (p = 0,05). Het ene cohort (n=25) krijgt een multidisciplinaire intensieve revalidatiebehandeling, het andere cohort wordt behandeld met OWET. Bij baseline (T0) ondergaan proefpersonen neurofysiologische evaluatie (EEG-fMRI) en GA. Daarna ondergaan de deelnemers een OWET van 8 weken. Na de therapie (T1) worden de proefpersonen geëvalueerd, met hetzelfde protocol als bij T0. Na nog eens 2 maanden volgt een follow-up (T2) volgens hetzelfde protocol als T0.
• WP2: Bewegingsanalyse. State-of-the-art houding en GA zullen pre- en postrevalidatie worden uitgevoerd.
• WP3: NMSM. Met behulp van de gegevens verzameld in WP1 en WP2, zal NMSM worden uitgevoerd om spierkracht en gewrichtsstijfheid te verkrijgen. Deze NMSM zal worden gebruikt om de neuromusculaire functie van de ziekte van Parkinson pre- en postrevalidatie te beoordelen.
• WP4: Neurofysiologische beoordeling. Een 256-kanaals High Density EEG (HD-EEG) opname en analyse zal worden gebruikt om veranderingen in de hersenoscillatieactiviteit voor en na de behandeling te beoordelen. Multimodale beeldvorming van de hersenen zal worden uitgevoerd door gelijktijdige verwerving en analyse van neurofysiologische signalen (EEG/EMG) en fMRI-gegevens om de connectiviteit in rusttoestand en activeringsverschillen tussen voor- en nabehandeling te beoordelen en om te identificeren of de veranderingen in de corticale activiteit verband houden met de veranderingen gedetecteerd in WP3.

Verwachte resultaten Locomotorische functies worden positief hersteld door een functionele looptraining. Bij proefpersonen na een beroerte is al aangetoond dat patiënten die deze therapie hebben ondergaan, meer kans hebben om zelfstandig te kunnen lopen dan mensen die niet dezelfde behandeling hebben gekregen.

OWET zal de kwaliteit van het lopen en de balans verbeteren. Effecten met OWET zullen de kwaliteit van leven beïnvloeden. De resultaten met OWET zullen innovatieve informatie opleveren voor revalidatieprogramma's. De impact van de interventie zal worden beoordeeld aan de hand van meetbare resultaten die worden vermeld in het specifieke gedeelte hieronder.